JP7123596B2 - 引張応力を打ち消すための方法および固定具 - Google Patents

Description

本発明は、引張応力を打ち消すための方法および固定具に関する。より具体的には、本発明は、熱誘起自生圧力によって加えられる圧縮応力で引張応力を打ち消すための方法および固定具に関する。

超合金、オーステナイト系ステンレス鋼、銅合金、チタン合金、耐熱合金、非溶接合金、および難溶接性合金などのある特定の合金は、温度範囲内での加熱中にひずみ時効割れを起こす傾向があり得、合金は、延性が低下する。延性低下領域として時々知られているこの温度範囲でのひずみ時効割れの発生は、熱処理などの高温処理中に望ましくない高い破損率を有するこれらの合金から形成された物品をもたらす可能性がある。さらに、熱処理およびある特定の物品の処理中、物品は、物品を構成する合金の熱膨張による熱誘起歪みを受けることがある。

ある特定のガスタービン構成要素を含む、このような合金から形成された物品の多くの熱処理サイクルは、物品が処理されている間に物品に作用を及ぼす可能性を制限または排除する炉内で行われ、それによりひずみ時効割れまたは熱誘起歪みを低減または防止する可能性のある実用的な作用が得られないようにしてしまう。

米国特許第９１２０１５１ Ｂ２号

例示的な実施形態では、物品の引張応力を打ち消すための方法は、物品を加熱することと、圧縮応力を物品に加えることとを含む。圧縮応力は、物品の熱誘起引張応力の引張応力ベクトルの方向とは反対の圧縮応力ベクトル成分を含む圧縮応力ベクトルに沿って加えられる。圧縮応力は、物品に接触する固定具によって加えられる熱誘起自生圧力によって加えられる。

別の例示的な実施形態では、引張応力を打ち消すための固定具は、第１の圧縮部材と、第２の圧縮部材と、第１の位置ロックとを含む。第１の圧縮部材は、第１の圧縮表面を含む。第２の圧縮部材は、第２の圧縮表面を含む。第１の位置ロックは、第１の圧縮部材を第２の圧縮部材に接続し、第１の圧縮部材を第２の圧縮部材に対して可逆的に固定する。第１の圧縮表面は、物品の第１の表面の第１の嵌合構造を含み、第２の圧縮表面は、物品の第２の表面の第２の嵌合構造を含み、物品の第１の表面は、物品の第１の部分を横切って物品の第２の表面に対して遠位にある。第１の圧縮表面および第２の圧縮表面は、熱誘起自生圧力によって物品に圧縮応力を加えるために互いに対して配向される。位置ロックは、第１の材料組成物を含む。

本発明の他の特徴および利点は、たとえば、本発明の原理を図示する添付の図面と合わせて、好適な実施形態についての以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。

本開示の一実施形態による、物品および引張応力を打ち消すための固定具の概略図である。 本開示の一実施形態による、物品材料の延性を温度の関数として示す概略図である。 本開示の一実施形態による、物品および引張応力を打ち消すための固定具の斜視図である。 本開示の一実施形態による、物品および引張応力を打ち消すための並列固定具の斜視図である。 本開示の一実施形態による、物品および引張応力を打ち消すための直列固定具の斜視図である。

可能な限り、同一の参照符号が同一の部品を表すために図面の全体にわたって使用される。

引張応力を打ち消すための例示的な方法および固定具が提供される。本開示の実施形態は、本明細書で開示される１つまたは複数の特徴を利用しない方法および物品と比較して、コストを低減し、部品寿命を延ばし、歩留まりを増加させ、ひずみ時効割れを低減し、熱誘起歪みを減少させ、高い予熱温度を低下させ、またはそれらの組合せを達成する。

図１を参照すると、一実施形態では、物品１００は、物品１００の熱誘起引張応力の引張応力ベクトル１０２を含む。引張応力を打ち消すための方法は、物品１００を固定具１０４と接触させることと、固定具１０４を物品１００と接触させた状態で物品１００を加熱することとを含む。固定具１０４は、圧縮応力ベクトル１０６に沿って物品１００に圧縮応力を加え、圧縮応力ベクトル１０６は、引張応力ベクトル１０２の方向とは反対の圧縮応力ベクトル成分１０８を含む。圧縮応力は、熱誘起自生圧力によって加えられる。

一実施形態では、圧縮応力ベクトル成分１０８の大きさは、引張応力ベクトル１０２の大きさの少なくとも約５０％、あるいは少なくとも約６０％、あるいは少なくとも約６５％、あるいは少なくとも約７０％、あるいは少なくとも約７５％、あるいは少なくとも約８０％、あるいは少なくとも約８５％、あるいは少なくとも約９０％、あるいは少なくとも約９５％、あるいは少なくとも（約１００％）にほぼ等しい、あるいは少なくとも約１０５％、あるいは少なくとも約１１０％、あるいは少なくとも約１１５％、あるいは少なくとも約１２０％、あるいは少なくとも約１２５％である。

引張応力ベクトル１０２は、物品１００が加熱されたときの物品合金１１０の熱膨張から生じ得る。一実施形態では、未検査の場合、引張応力ベクトル１０２は、物品１００を歪ませる。図１および図２を参照すると、別の実施形態では、引張応力ベクトル１０２は、物品１００の延性低下領域２００内で物品１００が加熱されるために物品合金１１０の延性を超え、未検査の場合、ひずみ時効割れを生じさせる可能性がある。

延性低下領域２００は、物品合金１１０の組成物に依存し得る。一実施形態では、延性低下領域２００は、約１，１００°Ｆ～約１，６００°Ｆ、あるいは約１，２００°Ｆ～約１，７００°Ｆ、あるいは約１，５００°Ｆ～約１，７００°Ｆ、あるいは約１，３００°Ｆ～約１，６００°Ｆ、あるいは約１，４００°Ｆ～約１，７００°Ｆである。

物品１００を加熱することには、限定はしないが、熱処理、溶接前熱処理、溶接熱処理、時効熱処理、溶体化熱処理、応力緩和熱処理、焼戻し熱処理、およびアニール熱処理、溶接後熱処理、ろう付け熱サイクル、コーティングプロセス、またはそれらの組合せをの少なくとも１つを含む、任意の適切な加熱方式を含んでもよい。一実施形態では、物品１００の加熱は、物品が部分的または全体的に炉内に配置された状態で行われる。

物品１００は、限定はしないが、タービン構成要素を含む任意の適切な対象物とすることができる。適切なタービン構成要素は、限定はしないが、高温ガス経路構成要素、バケット（ブレードとしても知られている）（図５参照）、ノズル（ベーンとしても知られている）（図３および図４参照）、シュラウド付きバケット（シュラウド付きブレードとしても知られている）、燃焼器、シュラウド、トランジションピース、燃焼ライナ、またはそれらの組合せを含む。

物品１００は、限定はしないが、超合金、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金、非溶接合金、難溶接性合金、耐熱合金、オーステナイト系ステンレス鋼、銅合金、チタン合金、ＧＴＤ１１１、ＧＴＤ２６２、ＧＴＤ４４４、ＩＮＣＯＮＥＬ１００、ＩＮＣＯＮＥＬ７３８、ＩＮＣＯＮＥＬ９３９、ＭＡＲ－Ｍ－２４７、ＭＧＡ２４００、Ｒｅｎｅ１０８、およびそれらの組合せからなる群から選択される物品合金１１０を含む、任意の適切な物品合金１１０を含んでもよい。

ニッケル基超合金およびある特定のアルミニウム－チタン合金などの難溶接性合金は、それらのガンマプライムおよび様々な幾何学的制約のため、ガンマプライムひずみ時効、溶離および高温割れが起こりやすい。これらの材料はまた、ガンマプライム相が約３０％を超える体積分率で存在するときには接合が難しく、これは、アルミニウムまたはチタンの含有量が約３％を超えるときに起こることがある。本明細書で使用する場合、「難溶接性合金」は、溶離、高温およびひずみ時効割れを示す合金であり、したがって、溶接することが実際的ではない。非溶接合金は、典型的には、工業的環境および工業規模で実際に溶接することができない析出硬化性または固溶強化合金であり、極端に厳しい条件下でのみ溶接可能であり、したがって、溶接可能でないと一般に考えられる。本明細書で使用する場合、「非溶接合金」は、約４．５以上のチタン－アルミニウム当量（または重量で、組成物の合計パーセンテージ）を有する合金を指す。非溶接合金は、一次硬化機構が析出のプロセスを経るニッケル基合金、固溶強化されたコバルト合金、ならびに溶接直前および溶接中に少なくとも約１，０００°Ｃの加熱を必要とする合金を含んでもよい。

本明細書で使用する場合、「ＧＴＤ１１１」は、重量で、約１４％のクロム、約９．５％のコバルト、約３．８％のタングステン、約４．９％のチタン、約３％のアルミニウム、約０．１％の鉄、約２．８％のタンタル、約１．６％のモリブデン、約０．１％の炭素、および残部のニッケルの組成物を含む合金を指す。

本明細書で使用する場合、「ＧＴＤ２６２」は、重量で、約２２．５％のクロム、約１９％のコバルト、約２％のタングステン、約１．３５％のニオブ、約２．３％のチタン、約１．７％のアルミニウム、約０．１％の炭素、および残部のニッケルの組成物を含む合金を指す。

本明細書で使用する場合、「ＧＴＤ４４４」は、重量で、約７．５％のコバルト、約０．２％の鉄、約９．７５％のクロム、約４．２％のアルミニウム、約３．５％のチタン、約４．８％のタンタル、約６％のタングステン、約１．５％のモリブデン、約０．５％のニオブ、約０．２％のケイ素、約０．１５％のハフニウム、および残部のニッケルの組成物を含む合金を指す。

本明細書で使用する場合、「ＩＮＣＯＮＥＬ１００」は、重量で、約１０％のクロム、約１５％のコバルト、約３％のモリブデン、約４．７％のチタン、約５．５％のアルミニウム、約０．１８％の炭素、および残部のニッケルの組成物を含む合金を指す。

本明細書で使用する場合、「ＩＮＣＯＮＥＬ７３８」は、重量で、約０．１７％の炭素、約１６％のクロム、約８．５％のコバルト、約１．７５％のモリブデン、約２．６％のタングステン、約３．４％のチタン、約３．４％のアルミニウム、約０．１％のジルコニウム、約２％のニオブ、および残部のニッケルの組成物を含む合金を指す。

本明細書で使用する場合、「ＩＮＣＯＮＥＬ９３９」は、重量で、約０．１５％の炭素、約２２．５％のクロム、約１９％のコバルト、約２％のタングステン、約３．８％のチタン、約１．９％のアルミニウム、約１．４％のタンタル、約１％のニオブ、および残部のニッケルの組成物を含む合金を指す。

本明細書で使用する場合、「ＭＡＲ－Ｍ－２４７」は、重量で、約５．５％のアルミニウム、約０．１５％の炭素、約８．２５％のクロム、約１０％のコバルト、約１０％のタングステン、約０．７％のモリブデン、約０．５％の鉄、約１％のチタン、約３％のタンタル、約１．５％のハフニウム、および残部のニッケルの組成物を含む合金を指す。

本明細書で使用する場合、「ＭＧＡ２４００」は、重量で、約１９％のコバルト、約１９％のクロム、約１．９％のアルミニウム、約３．７％のチタン、約１．４％のタンタル、約６％のタングステン、約１％のニオブ、約０．１％の炭素、および残部のニッケルの組成物を含む合金を指す。

本明細書で使用する場合、「Ｒｅｎｅ１０８」は、重量で、約８．４％のクロム、約９．５％のコバルト、約５．５％のアルミニウム、約０．７％のチタン、約９．５％のタングステン、約０．５％のモリブデン、約３％のタンタル、約１．５％のハフニウム、および残部のニッケルの組成物を含む合金を指す。

図１を参照すると、一実施形態では、物品１００は、熱誘起引張応力を生成する特徴部１１２を含む。特徴部１１２は、限定はしないが、溶接部１１４を含む、温度が上昇することで引張応力を生成する任意の特徴部１１２であってもよい。さらなる実施形態では、溶接部１１４は、割れまたは他の望ましくない要素に取って代わった修復溶接部である。特徴部１１２に加えて、または特徴部１１２に代えて、熱誘起応力は、溶接による残留応力、異なる厚さによる熱応力、異種材料による熱応力、熱膨張差による熱応力、相転移による体積変化、ガンマプライム成長、またはそれらの組合せによって生成されてもよい。

固定具１０４は、任意の適切な構成を通して熱誘起自生圧力によって圧縮応力を物品１００に加えることができる。一実施形態では、圧縮応力は、少なくとも部分的に固定具１０４の第１の材料組成物１１６によって生成される。

第１の材料組成物１１６は、限定はしないが、マルテンサイト系ステンレス鋼、４１０ＳＳ、４１６ＳＳ、４３１ＳＳ、炭素鋼、１０１８鋼、４３４０鋼、析出ステンレス鋼、１７ＰＨ ＳＳ、ＣＭＣ、スーパーマルテンサイト系ステンレス鋼、スーパー１３クロム、Ｘ８０、ジルコニウム、またはそれらの組合せを含む、任意の適切な材料を含んでもよい。

一実施形態では、第１の材料組成物１１６は、第１の相転移温度範囲内で体心立方から面心立方への第１の相転移を受け、第１の相転移は、第１の材料組成物１１６を収縮させ、圧縮応力を物品１００に加える。体心立方から面心立方への第１の相転移を受ける第１の材料組成物１１６は、限定はしないが、マルテンサイト系ステンレス鋼、４１０ＳＳ、４１６ＳＳ、４３１ＳＳ、炭素鋼、１０１８鋼、４３４０鋼、析出ステンレス鋼、１７ＰＨ ＳＳ、スーパーマルテンサイト系ステンレス鋼、スーパー１３クロム、Ｘ８０、ジルコニウム、またはそれらの組合せを含む、任意の適切な材料を含んでもよい。一例として、マルテンサイト系ステンレス鋼４１６ＳＳは、約１４７０°Ｆで開始して約１，５８２°Ｆで終了するオーステナイトミクロ組織に遷移するので、約１，４７０°Ｆから約１，５８２°Ｆに上昇する温度範囲において、４１６ＳＳの物理的構造は、膨張するのではなく温度が上昇することで収縮し、マルテンサイト系ステンレス鋼１０１８ＳＳは、約１，３００°Ｆで開始して約１，５２５°Ｆで終了するオーステナイトミクロ組織に遷移するので、約１，３００°Ｆから約１，５２５°Ｆに上昇する温度範囲において、１０１８ＳＳの物理的構造は、膨張するのではなく温度が上昇することで収縮する。

第１の相転移温度範囲は、限定はしないが、約１，１００°Ｆ～約１，６００°Ｆ、あるいは約１，２００°Ｆ～約１，７００°Ｆ、あるいは約１，５００°Ｆ～約１，７００°Ｆ、あるいは約１，３００°Ｆ～約１，６００°Ｆ、あるいは約１，４００°Ｆ～約１，７００°Ｆを含む、任意の適切な範囲であってもよい。一実施形態では、第１の相転移温度範囲は、延性低下領域２００（図２参照）の終点の約１０°Ｆ内、あるいは約７５°Ｆ内、あるいは約５０°Ｆ内、あるいは約２５°Ｆ内、あるいは約１５°Ｆ内、あるいは約１０°Ｆ内、あるいは約５°Ｆ内にある終点を含む。

別の実施形態では、固定具１０４は、物品１００より低い熱膨張係数を含み、物品１００より加熱中の膨張が小さい第１の材料組成物１１６を含む。第１の材料組成物１１６と物品１００の熱膨張差は、圧縮応力を物品１００に効果的に加える。物品１００と比較して低い熱膨張係数を含む第１の材料組成物１１６は、限定はしないが、ＣＭＣを含む任意の適切な材料を含んでもよい。

本明細書で使用する場合、「４１０ＳＳ」は、重量で、約１２．５％のクロム、および残部の鉄の組成物を含む合金を指す。

本明細書で使用する場合、「４１６ＳＳ」は、重量で、約１３％のクロム、および残部の鉄の組成物を含む合金を指す。

本明細書で使用する場合、「４３１ＳＳ」は、重量で、約１６％のクロム、約２％のニッケル、および残部の鉄の組成物を含む合金を指す。

本明細書で使用する場合、「１０１８鋼」は、重量で、約０．１７％の炭素、約０．７５％のマンガン、および残部の鉄の組成物を含む合金を指す。

本明細書で使用する場合、「４３４０鋼」とは、重量で、約０．４％の炭素、約０．７％のマンガン、約１．８％のニッケル、約０．８％のクロム、約０．２５％のモリブデン、約０．２３％のケイ素、および残部の鉄の組成物を含む合金を指す。

本明細書で使用する場合、「１７ＰＨ ＳＳ」は、重量で、約１６．２５％のクロム、約４％のニッケル、約４％の銅、約０．３％のニオブおよびタンタル、ならびに残部の鉄の組成物を含む合金を指す。

本明細書で使用する場合、「ＣＭＣ」は、セラミックマトリックス複合材を指す。適切なＣＭＣ組成物は、限定はしないが、酸化アルミニウム繊維強化酸化アルミニウム（Ｏｘ／Ｏｘ）、炭素繊維強化炭素（Ｃ／Ｃ）、炭素繊維強化炭化ケイ素（Ｃ／ＳｉＣ）、炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素（ＳｉＣ／ＳｉＣ）、炭素繊維強化窒化ケイ素（Ｃ／Ｓｉ_３Ｎ_４）、またはそれらの組合せを含んでもよい。

本明細書で使用する場合、「スーパー１３クロム」は、重量で、約１２．５％のクロム、約５．７５％のニッケル、約２．２５％のモリブデン、および残部の鉄の組成物を含む合金を指す。

本明細書で使用する場合、「Ｘ８０」は、重量で、約０．０５％の炭素、約１．７５％のマンガン、約０．１７％のケイ素、約０．２１％のクロム、約０．１７％のモリブデン、および残部の鉄の組成物を含む合金を指す。

図３を参照すると、一実施形態では、引張応力を打ち消すための固定具１０４は、第１の圧縮表面３０２を有する第１の圧縮部材３００と、第２の圧縮表面３０６を有する第２の圧縮部材３０４と、第１の位置ロック３０８とを含む。第１の位置ロック３０８は、第１の圧縮部材３００を第２の圧縮部材３０４に接続し、第１の圧縮部材３００を第２の圧縮部材３０４に対して可逆的に固定する。第１の位置ロック３０８は、第１の材料組成物を含む。第１の圧縮表面３０２は、物品の第１の表面１１８の第１の嵌合構造３１０を含み、第２の圧縮表面３０６は、物品１００の第２の表面１２０の第２の嵌合構造３１２を含み、物品１００の第１の表面１１８は、物品１００の第１の部分１２２を横切って物品１００の第２の表面１２０に対して遠位にある。第１の圧縮表面３０２および第２の圧縮表面３０６は、熱誘起自生圧力によって物品１００に圧縮応力を加えるために互いに対して配向される。

一実施形態では、第１の嵌合構造３１０が第１の表面１１８に本質的に一致するか、第２の嵌合構造３１２が第２の表面１２０に本質的に一致するか、またはその両方である。「本質的に一致する」とは、トポロジ間で少なくとも７５％同一であることを示す。

引張応力を打ち消すための方法は、第１の圧縮部材３００を第１の表面１１８に接触させることと、第２の圧縮部材３０４を第２の表面１２０に接触させることと、第１の位置ロック３０８を可逆的にロックして第１の圧縮部材３００を第２の圧縮部材３０４に対して固定することと、第１の材料組成物１１６および物品１００を加熱して圧縮応力を物品１００に加えることとを含むことができる。一実施形態では、圧縮応力を物品１００に加えることは、第１の相転移を行う加熱を含み、第１の位置ロック３０８を収縮させる。別の実施形態では、圧縮応力を物品１００に加えることは、物品１００より熱膨張が小さい第１の材料組成物１１６を含むが、第１の位置ロック３０８は第１の圧縮部材３００および第２の圧縮部材３０４の、互いおよび物品１００に対する位置を維持し、物品１００を効果的に圧縮する。

一実施形態では、第１の位置ロック３０８は、ボルト３１４と、第１のナット３１６と、第２のナット３１８とを含む。第１の圧縮部材３００および第２の圧縮部材３０４は、ボルト３１４に配置され、それにより第１の圧縮部材３００がボルト３１４に沿って第１のナット３１６と第２の圧縮部材３０４との間に位置し、第２の圧縮部材３０４がボルト３１４に沿って第２のナット３１８と第１の圧縮部材３００との間に位置する。第１の位置ロック３０８は、複数のボルト３１４を含んでもよく、複数のボルト３１４の各々は、第１のナット３１６および第２のナット３１８を有する。

一実施形態では、ボルト３１４は、第１の材料組成物１１６を含む。第１のナット３１６、第２のナット３１８は、各々独立して、第１の材料組成物１１６または別の適切な組成物を含むことができる。

引張応力を打ち消すための方法は、第１のナット３１６を第１の圧縮部材３００に対して、第２のナット３１８を第２の圧縮部材３０４に対して締め付けて、第１の位置ロック３０８を可逆的にロックすることを含むことができる。

図４～図５を参照すると、一実施形態では、固定具１０４は、第３の圧縮表面４０２を有する第３の圧縮部材４００と、第４の圧縮表面４０６を有する第４の圧縮部材４０４と、第２の位置ロック４０８とを含む。第２の位置ロック４０８は、第３の圧縮部材４００を第４の圧縮部材４０４に接続し、第３の圧縮部材４００を第４の圧縮部材４０４に対して可逆的に固定する。第２の位置ロック４０８は、第２の材料組成物４１０を含む。

一実施形態では、第２の材料組成物４１０は、第１の相転移とは異なる体心立方から面心立方への第２の相転移を含む。第２の相転移温度範囲は、限定はしないが、約１，１００°Ｆ～約１，６００°Ｆ、あるいは約１，２００°Ｆ～約１，７００°Ｆ、あるいは約１，５００°Ｆ～約１，７００°Ｆ、あるいは約１，３００°Ｆ～約１，６００°Ｆ、あるいは約１，４００°Ｆ～約１，７００°Ｆを含む、任意の適切な範囲であってもよい。一実施形態では、第１の相転移温度範囲は、延性低下領域２００（図２参照）の終点の約１０°Ｆ内、あるいは約７５°Ｆ内、あるいは約５０°Ｆ内、あるいは約２５°Ｆ内、あるいは約１５°Ｆ内、あるいは約１０°Ｆ内、あるいは約５°Ｆ内にある終点を含む。

別の実施形態では、第２の材料組成物４１０は、物品１００より低い熱膨張係数を含み、物品１００より加熱中の膨張が小さい。第２の材料組成物４１０と物品１００の熱膨張差は、圧縮応力を物品１００に効果的に加える。

第２の材料組成物４１０は、第２の材料組成物４１０が第１の材料組成物１１６とは異なることを条件として、限定はしないが、マルテンサイト系ステンレス鋼、４１０ＳＳ、４１６ＳＳ、４３１ＳＳ、炭素鋼、１０１８鋼、４３４０鋼、析出ステンレス鋼、１７ＰＨ ＳＳ、ＣＭＣ、スーパーマルテンサイト系ステンレス鋼、スーパー１３クロム、Ｘ８０、ジルコニウム、またはそれらの組合せを含む、任意の適切な材料を含んでもよい。

図４を参照すると、並列固定具４１２と呼ぶことができる一実施形態では、第３の圧縮表面４０２は、物品１００の第３の表面４１６の第３の嵌合構造４１４を含み、第４の圧縮表面４０６は、物品１００の第４の表面４２０の第４の嵌合構造４１８を含み、物品１００の第３の表面４１６は、物品１００の第２の部分４２２を横切って物品１００の第４の表面４２０に対して遠位にある。第１の材料組成物１１６および第２の材料組成物４１０の存在は、物品１００の異なる領域における異なる引張応力を打ち消すか、または物品１００の構造の異なる形態学的効果を補償することができる。

図５を参照すると、直列固定具５００と呼ぶことができる一実施形態では、第３の圧縮表面４０２は、第１の圧縮部材３００の第１の後部表面５０２に配置され、第４の圧縮表面４０６は、第２の圧縮部材３０４の第２の後部表面５０４に配置される。第１の材料組成物１１６および第２の材料組成物４１０の存在は、物品１００の同じ領域における異なる引張応力を打ち消すか、または第１の相転移温度範囲と第２の相転移温度範囲を効果的に組み合わせて、第１の相転移温度範囲または第２の相転移温度範囲のいずれかより広い延性低下領域２００にわたる引張応力を打ち消すことができる。

本発明について好適な実施形態を参照して説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができ、またその要素を等価物で置き換えることができることは、当業者には理解されるであろう。さらに、特定の状況または材料に適応させるために、その本質的範囲から逸脱することなく、本発明の教示に多くの修正を行うことができる。したがって、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は添付の特許請求の範囲内に属するすべての実施形態を含むことになることを意図している。
［実施態様１］
物品（１００）の引張応力を打ち消すための方法であって、
前記物品（１００）を加熱することと、
圧縮応力ベクトル（１０６）に沿って前記物品（１００）に圧縮応力を加えることとを含み、前記圧縮応力ベクトル（１０６）は、前記物品（１００）の熱誘起引張応力の引張応力ベクトル（１０２）の方向とは反対の圧縮応力ベクトル成分（１０８）を含み、
前記圧縮応力は、前記物品（１００）に接触する固定具（１０４）によって加えられる熱誘起自生圧力によって加えられる、方法。
［実施態様２］
第１の嵌合構造（３１０）を含む第１の圧縮表面（３０２）を有する第１の圧縮部材（３００）を前記物品（１００）の第１の表面（１１８）と接触させることと、
第２の嵌合構造（３１２）を含む第２の圧縮表面（３０６）を有する第２の圧縮部材（３０４）を前記物品（１００）の第２の表面（１２０）と接触させることと、
前記第１の圧縮部材（３００）を前記第２の圧縮部材（３０４）に接続する第１の位置ロック（３０８）を可逆的にロックして、前記第１の圧縮部材（３００）を前記第２の圧縮部材（３０４）に対して固定することとを含み、前記第１の位置ロック（３０８）は、第１の材料組成物（１１６）を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様３］
前記第１の材料組成物（１１６）が、体心立方から面心立方への第１の相転移を含み、前記第１の材料組成物（１１６）が、前記加熱中に前記第１の相転移を受け、前記第１の相転移が、前記第１の位置ロック（３０８）を収縮させ、前記圧縮応力を前記物品（１００）に加える、実施態様２に記載の方法。
［実施態様４］
前記熱誘起引張応力が、延性低下領域（２００）にわたる熱により誘起される延性の低下を含む特徴部（１１２）によって生成され、前記第１の相転移が、前記延性低下領域（２００）内で生じる、実施態様３に記載の方法。
［実施態様５］
前記延性低下領域（２００）が、約１，２００°Ｆ～約１，７００°Ｆである、実施態様４に記載の方法。
［実施態様６］
前記第１の材料組成物（１１６）が、前記物品（１００）より低い熱膨張係数を含み、前記物品（１００）より前記加熱中の膨張が小さく、前記圧縮応力を前記物品（１００）に加える、実施態様２に記載の方法。
［実施態様７］
前記第１の位置ロック（３０８）が、
前記第１の圧縮部材（３００）および前記第２の圧縮部材（３０４）が配置されるボルト（３１４）と、
第１のナット（３１６）と、
第２のナット（３１８）であって、前記第１の圧縮部材（３００）が、前記ボルト（３１４）に沿って前記第１のナット（３１６）と前記第２の圧縮部材（３０４）との間に配置され、前記第２の圧縮部材（３０４）が、前記ボルト（３１４）に沿って前記第２のナット（３１８）と前記第１の圧縮部材（３００）との間に配置される第２のナット（３１８）と
を含み、
前記第１の位置ロック（３０８）を可逆的にロックすることが、前記第１のナット（３１６）を前記第１の圧縮部材（３００）に対して、前記第２のナット（３１８）を前記第２の圧縮部材（３０４）に対して締め付けることを含む、実施態様２に記載の方法。
［実施態様８］
前記物品（１００）が、超合金、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金、非溶接合金、難溶接性合金、耐熱合金、オーステナイト系ステンレス鋼、銅合金、チタン合金、ＧＴＤ１１１、ＧＴＤ２６２、ＧＴＤ４４４、ＩＮＣＯＮＥＬ１００、ＩＮＣＯＮＥＬ７３８、ＩＮＣＯＮＥＬ９３９、ＭＡＲ－Ｍ－２４７、ＭＧＡ２４００、Ｒｅｎｅ１０８、およびそれらの組合せからなる群から選択される物品合金（１１０）を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様９］
前記物品（１００）を加熱することが、熱処理、溶接前熱処理、溶接熱処理、時効熱処理、溶体化熱処理、応力緩和熱処理、焼戻し熱処理、およびアニール熱処理、溶接後熱処理、ろう付け熱サイクルおよびコーティングプロセスの少なくとも１つを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１０］
引張応力を打ち消すための固定具（１０４）であって、
第１の圧縮表面（３０２）を有する第１の圧縮部材（３００）と、
第２の圧縮表面（３０６）を有する第２の圧縮部材（３０４）と、
前記第１の圧縮部材（３００）を前記第２の圧縮部材（３０４）に接続し、前記第１の圧縮部材（３００）を前記第２の圧縮部材（３０４）に対して可逆的に固定する第１の位置ロック（３０８）であって、第１の材料組成物（１１６）を含む第１の位置ロック（３０８）と
を含み、
前記第１の圧縮表面（３０２）は、物品（１００）の第１の表面（１１８）の第１の嵌合構造（３１０）を含み、前記第２の圧縮表面（３０６）は、前記物品（１００）の第２の表面（１２０）の第２の嵌合構造（３１２）を含み、前記物品（１００）の前記第１の表面（１１８）は、前記物品（１００）の第１の部分（１２２）を横切って前記物品（１００）の前記第２の表面（１２０）に対して遠位にあり、前記第１の圧縮表面（３０２）および前記第２の圧縮表面（３０６）は、熱誘起自生圧力によって前記物品（１００）に圧縮応力を加えるために互いに対して配向される、固定具（１０４）。
［実施態様１１］
第１の材料組成物（１１６）が、体心立方から面心立方への第１の相転移を含む、実施態様１０に記載の固定具（１０４）。
［実施態様１２］
前記第１の相転移が、約１，２００°Ｆ～約１，７００°Ｆで生じる、実施態様１１に記載の固定具（１０４）。
［実施態様１３］
前記第１の材料組成物（１１６）が、前記物品（１００）より低い熱膨張係数を含む、実施態様１０に記載の固定具（１０４）。
［実施態様１４］
前記第１の部分（１２２）が、熱誘起引張応力を含む特徴部（１１２）を含む、実施態様１０に記載の固定具（１０４）。
［実施態様１５］
前記第１の位置ロック（３０８）が、
前記第１の圧縮部材（３００）および前記第２の圧縮部材（３０４）が配置されるボルト（３１４）と、
第１のナット（３１６）と、
第２のナット（３１８）と
を含み、
前記第１の圧縮部材（３００）が、前記ボルト（３１４）に沿って前記第１のナット（３１６）と前記第２の圧縮部材（３０４）との間に配置され、前記第２の圧縮部材（３０４）が、前記ボルト（３１４）に沿って前記第２のナット（３１８）と前記第１の圧縮部材（３００）との間に配置される、実施態様１０に記載の固定具（１０４）。
［実施態様１６］
前記物品（１００）が、タービン構成要素である、実施態様１０に記載の固定具（１０４）。
［実施態様１７］
前記第１の材料組成物（１１６）が、マルテンサイト系ステンレス鋼、４１０ＳＳ、４１６ＳＳ、４３１ＳＳ、炭素鋼、１０１８鋼、４３４０鋼、析出ステンレス鋼、１７ＰＨ ＳＳ、ＣＭＣ、スーパーマルテンサイト系ステンレス鋼、スーパー１３クロム、Ｘ８０、ジルコニウム、およびそれらの組合せからなる群から選択される、実施態様１０に記載の固定具（１０４）。
［実施態様１８］
第３の圧縮表面（４０２）を有する第３の圧縮部材（４００）と、
第４の圧縮表面（４０６）を有する第４の圧縮部材（４０４）と、
前記第３の圧縮部材（４００）を前記第４の圧縮部材（４０４）に接続し、前記第３の圧縮部材（４００）を前記第４の圧縮部材（４０４）に対して可逆的に固定する第２の位置ロック（４０８）であって、第２の材料組成物（４１０）を含む第２の位置ロック（４０８）と
をさらに含む、実施態様１０に記載の固定具（１０４）。
［実施態様１９］
前記第３の圧縮表面（４０２）が、前記物品（１００）の第３の表面（４１６）の第３の嵌合構造（４１４）を含み、前記第４の圧縮表面（４０６）が、前記物品（１００）の第４の表面（４２０）の第４の嵌合構造（４１８）を含み、前記物品（１００）の前記第３の表面（４１６）が、前記物品（１００）の第２の部分（４２２）を横切って前記物品（１００）の前記第４の表面（４２０）に対して遠位にある、実施態様１８に記載の固定具（１０４）。
［実施態様２０］
前記第３の圧縮表面（４０２）が、前記第１の圧縮部材（３００）の第１の後部表面（５０２）に配置され、前記第４の圧縮表面（４０６）が、前記第２の圧縮部材（３０４）の第２の後部表面（５０４）に配置される、実施態様１８に記載の固定具（１０４）。

１００ 物品
１０２ 引張応力ベクトル
１０４ 固定具
１０６ 圧縮応力ベクトル
１０８ 圧縮応力ベクトル成分
１１０ 物品合金
１１２ 特徴部
１１４ 溶接部
１１６ 第１の材料組成物
１１８ 第１の表面
１２０ 第２の表面
１２２ 第１の部分
２００ 延性低下領域
３００ 第１の圧縮部材
３０２ 第１の圧縮表面
３０４ 第２の圧縮部材
３０６ 第２の圧縮表面
３０８ 第１の位置ロック
３１０ 第１の嵌合構造
３１２ 第２の嵌合構造
３１４ ボルト
３１６ 第１のナット
３１８ 第２のナット
４００ 第３の圧縮部材
４０２ 第３の圧縮表面
４０４ 第４の圧縮部材
４０６ 第４の圧縮表面
４０８ 第２の位置ロック
４１０ 第２の材料組成物
４１２ 並列固定具
４１４ 第３の嵌合構造
４１６ 第３の表面
４１８ 第４の嵌合構造
４２０ 第４の表面
４２２ 第２の部分
５００ 直列固定具
５０２ 第１の後部表面
５０４ 第２の後部表面

Claims (14)

1. 物品（１００）の引張応力を打ち消すための方法であって、当該方法が、
   第１の嵌合構造（３１０）を含む第１の圧縮表面（３０２）を有する固定具（１０４）の第１の圧縮部材（３００）を前記物品（１００）の第１の表面（１１８）と接触させるステップと、
   第２の嵌合構造（３１２）を含む第２の圧縮表面（３０６）を有する前記固定具（１０４）の第２の圧縮部材（３０４）を前記物品（１００）の第２の表面（１２０）と接触させるステップと、
   第１の圧縮部材（３００）を第２の圧縮部材（３０４）に接続する前記固定具（１０４）の第１の位置ロック（３０８）を可逆的にロックして、第１の圧縮部材（３００）を第２の圧縮部材（３０４）に対して固定するステップであって、第１の位置ロック（３０８）が、第１の材料組成物（１１６）を含む、ステップと、
   前記物品（１００）を加熱するステップと、
   圧縮応力ベクトル（１０６）に沿って前記物品（１００）に圧縮応力を加えるステップであって、前記圧縮応力ベクトル（１０６）が、前記物品（１００）の熱誘起引張応力の引張応力ベクトル（１０２）の方向とは反対の圧縮応力ベクトル成分（１０８）を含む、ステップと
   を含んでおり、前記圧縮応力が、前記物品（１００）に接触する固定具（１０４）によって加えられる熱誘起自生圧力によって加えられ、第１の材料組成物（１１６）が、体心立方から面心立方への第１の相転移を含み、第１の材料組成物（１１６）が、前記加熱中に第１の相転移を受け、第１の相転移が、第１の位置ロック（３０８）を収縮させ、前記圧縮応力を前記物品（１００）に加える、方法。
2. 前記熱誘起引張応力が、延性低下領域（２００）にわたる熱により誘起される延性の低下を含む特徴部（１１２）によって生成され、第１の相転移が、前記延性低下領域（２００）内で生じる、請求項１に記載の方法。
3. 前記延性低下領域（２００）が、６４９℃～９２７℃（１，２００°Ｆ～１，７００°Ｆ）である、請求項２に記載の方法。
4. 第１の材料組成物（１１６）が、前記物品（１００）より低い熱膨張係数を有し、前記物品（１００）より前記加熱中の膨張が小さく、前記圧縮応力を前記物品（１００）に加える、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の方法。
5. 第１の位置ロック（３０８）が、
   第１の圧縮部材（３００）及び第２の圧縮部材（３０４）が配置されるボルト（３１４）と、
   第１のナット（３１６）と、
   第２のナット（３１８）であって、第１の圧縮部材（３００）が、前記ボルト（３１４）に沿って第１のナット（３１６）と第２の圧縮部材（３０４）との間に配置され、第２の圧縮部材（３０４）が、前記ボルト（３１４）に沿って第２のナット（３１８）と第１の圧縮部材（３００）との間に配置される第２のナット（３１８）と
   を含み、
   第１の位置ロック（３０８）を可逆的にロックするステップが、第１のナット（３１６）を第１の圧縮部材（３００）に対して、第２のナット（３１８）を第２の圧縮部材（３０４）に対して締め付けることを含む、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記物品（１００）を加熱するステップが、炉内で前記物品を加熱することを含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記物品（１００）を加熱するステップが、溶接前熱処理、溶接熱処理、時効熱処理、溶体化熱処理、応力緩和熱処理、焼戻し熱処理、アニール熱処理、溶接後熱処理、ろう付け熱サイクル及びコーティングプロセスの少なくとも１つを含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の方法。
8. 引張応力を打ち消すための固定具（１０４）であって、当該固定具（１０４）が、
   第１の圧縮表面（３０２）を有する第１の圧縮部材（３００）と、
   第２の圧縮表面（３０６）を有する第２の圧縮部材（３０４）と、
   第１の圧縮部材（３００）を第２の圧縮部材（３０４）に接続し、第１の圧縮部材（３００）を第２の圧縮部材（３０４）に対して可逆的に固定する第１の位置ロック（３０８）であって、第１の材料組成物（１１６）を含む第１の位置ロック（３０８）と
   を含んでおり、第１の圧縮表面（３０２）が、物品（１００）の第１の表面（１１８）の第１の嵌合構造（３１０）を含み、第２の圧縮表面（３０６）が、前記物品（１００）の第２の表面（１２０）の第２の嵌合構造（３１２）を含み、前記物品（１００）の第１の表面（１１８）が、前記物品（１００）の第２の表面（１２０）とは反対側にあり、第１の圧縮表面（３０２）及び第２の圧縮表面（３０６）が、熱誘起自生圧力によって前記物品（１００）に圧縮応力を加えるために互いに対して配向される、固定具（１０４）。
9. 第１の位置ロック（３０８）が、
   第１の圧縮部材（３００）及び第２の圧縮部材（３０４）が配置されるボルト（３１４）と、
   第１のナット（３１６）と、
   第２のナット（３１８）と
   を含み、
   第１の圧縮部材（３００）が、前記ボルト（３１４）に沿って第１のナット（３１６）と第２の圧縮部材（３０４）との間に配置され、第２の圧縮部材（３０４）が、前記ボルト（３１４）に沿って第２のナット（３１８）と第１の圧縮部材（３００）との間に配置される、請求項８に記載の固定具（１０４）。
10. 前記物品（１００）がタービン構成要素である、請求項８又は請求項９に記載の固定具（１０４）。
11. 第１の材料組成物（１１６）が、マルテンサイト系ステンレス鋼、４１０ＳＳ、４１６ＳＳ、４３１ＳＳ、炭素鋼、１０１８鋼、４３４０鋼、析出ステンレス鋼、１７ＰＨＳＳ、ＣＭＣ、スーパーマルテンサイト系ステンレス鋼、スーパー１３クロム、Ｘ８０、ジルコニウム及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載の固定具（１０４）。
12. 第３の圧縮表面（４０２）を有する第３の圧縮部材（４００）と、
    第４の圧縮表面（４０６）を有する第４の圧縮部材（４０４）と、
    第３の圧縮部材（４００）を第４の圧縮部材（４０４）に接続し、第３の圧縮部材（４００）を第４の圧縮部材（４０４）に対して可逆的に固定する第２の位置ロック（４０８）であって、第２の材料組成物（４１０）を含む第２の位置ロック（４０８）と
    をさらに含む、請求項８乃至請求項１１のいずれか１項に記載の固定具（１０４）。
13. 第３の圧縮表面（４０２）が、前記物品（１００）の第３の表面（４１６）の第３の嵌合構造（４１４）を含み、第４の圧縮表面（４０６）が、前記物品（１００）の第４の表面（４２０）の第４の嵌合構造（４１８）を含み、前記物品（１００）の第３の表面（４１６）が、前記物品（１００）の第２の部分（４２２）を横切って前記物品（１００）の第４の表面（４２０）に対して遠位にある、請求項１２に記載の固定具（１０４）。
14. 第３の圧縮表面（４０２）が、第１の圧縮部材（３００）の第１の後部表面（５０２）に配置され、第４の圧縮表面（４０６）が、第２の圧縮部材（３０４）の第２の後部表面（５０４）に配置される、請求項１２又は請求項１３に記載の固定具（１０４）。

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